磁性軸承裝置及真空泵的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明是關(guān)于一種磁性軸承裝置及真空泵，可實現(xiàn)磁性軸承控制中的移位信息的信噪比提升。磁性軸承裝置包括：正弦波離散值生成部，生成正弦波離散值；數(shù)模轉(zhuǎn)換器，對正弦波離散值進行數(shù)模轉(zhuǎn)換而生成載波信號；傳感器，根據(jù)轉(zhuǎn)子軸的支撐位置來對載波信號進行調(diào)制并輸出調(diào)制波信號；模數(shù)轉(zhuǎn)換器，以滿足fc＝(n+1/2)·fs(n為0以上的整數(shù))的取樣頻率(fs)，且以與正弦波離散值同步的規(guī)定時序(最大波峰位置附近及最小波峰位置附近)，對調(diào)制波信號進行模數(shù)轉(zhuǎn)換；及解調(diào)運算部，基于最大波峰位置附近的數(shù)據(jù)值(d1)及最小波峰位置附近的數(shù)據(jù)值(d2)，而輸出通過d3＝(d1-d2)/2而計算出的值(d3)作為解調(diào)運算結(jié)果。
【專利說明】磁性軸承裝置及真空泵
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種磁性軸承(magnetic bearing)裝置、及具備磁性軸承裝置的真空泵(pump)。
【背景技術(shù)】
[0002]如磁性軸承型渦輪(turbo)分子泵般在利用磁性軸承裝置非接觸支撐旋轉(zhuǎn)體(轉(zhuǎn)子(rotor))的裝置中，為了使轉(zhuǎn)子懸浮維持在規(guī)定的目標(biāo)位置，而基于轉(zhuǎn)子的懸浮位置與目標(biāo)位置的偏差(移位)，實時(real time)地反饋控制(feedback control)電磁鐵的磁吸引力(電磁鐵電流)。
[0003]關(guān)于移位的檢測，利用專用的移位傳感器進行檢測的方式占主流，但近年來，為了小型化、低價格化及提升可靠性，無傳感器型(sensorless type)(自傳感型(self sensingtype))的裝置正在實用化，該裝置省略專用傳感器，并且使產(chǎn)生懸浮控制力的電磁鐵不僅具有現(xiàn)有的致動器(actuator)功能,也兼具傳感(sensing)功能(電感(inductance)方式)。
[0004]電感方式中，對專用傳感器或電磁鐵線圈(coil)施加高頻載波(傳感器載波(sensor carrier)),利用因懸浮間隙(gap)所引起的電感變化對傳感器載波進行振幅調(diào)制，并對其進行解調(diào)，由此獲得懸浮間隙信號(移位信號)。在解調(diào)處理時，多考慮有應(yīng)用數(shù)字(digital)技術(shù)而利用模數(shù)(Analog to Digital, AD)轉(zhuǎn)換器(converter)對調(diào)制波信號進行同步取樣(sampling)來獲取的方式，即無需導(dǎo)致產(chǎn)生延遲的平滑處理的直接(direct)方式。關(guān)于直接方式的傳感，例如已知有專利文獻I?專利文獻3中記載的技術(shù)。
[0005]專利文獻I中記載的技術(shù)為具備專用傳感器的構(gòu)成，將對調(diào)制波信號進行取樣時的傳感器載波頻率fc與取樣頻率fs的關(guān)系設(shè)為fs = 2fc或fs = fc/n (η為自然數(shù))。由于對專用傳感器僅施加傳感器載波信號電壓，因此通常信號的信噪比(Signal to Noiseratio, S/N)良好。然而，例如在如為了使搭載有磁性軸承的裝置小型化而將電磁鐵與專用傳感器配置得極其接近等般、因?qū)﹄姶盆F進行激磁的控制電流而產(chǎn)生的磁通對專用傳感器線圈的信號產(chǎn)生影響的情況下，擔(dān)憂因磁通的影響而導(dǎo)致在利用轉(zhuǎn)子移位而調(diào)制的信號成分中混入控制電流成分(噪聲(noise)成分)。
[0006]因此，通常利用設(shè)置在模數(shù)轉(zhuǎn)換器前的帶通濾波器(band-pass filter)(以傳感器載波頻率fc為中心的帶通濾波器)而過濾大部分噪聲成分，但為了完全去除噪聲成分，必須使帶通濾波器的Q值進一步變大而窄頻帶化。然而，如果使帶通濾波器窄頻帶化，則解調(diào)的移位信號會自原本的信號大幅延遲而導(dǎo)致磁性軸承控制本身惡化，所以應(yīng)用時存在限度。因此，模數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸入信號中會殘留噪聲成分，也會在解調(diào)信號中產(chǎn)生噪聲的影響。因此，在解調(diào)的轉(zhuǎn)子移位信號中，會混入實際上未移位(振動)的振動成分，直接反饋其移位信息而進行懸浮控制。其結(jié)果，存在轉(zhuǎn)子因噪聲成分而強制振動，其反作用力傳遞至定子(stator)側(cè)而成為裝置產(chǎn)生振動的原因的情況。
[0007]專利文獻2中記載的技術(shù)涉及專用傳感器及無傳感器這兩種類型。關(guān)于具有專用傳感器的類型，利用數(shù)字處理產(chǎn)生在fs = 2fc的條件下的每個取樣時間使碼反轉(zhuǎn)而得的方波信號，并自數(shù)模(Digital to Signal, DA)轉(zhuǎn)換器輸出，將該方波信號設(shè)為傳感器載波信號而利用傳感器以移位信號(轉(zhuǎn)子移位)進行調(diào)制，使其調(diào)制波以相同頻率fs( = 2fc)與波峰時序(peak timing)同步而獲取。在解調(diào)處理中，使利用模數(shù)轉(zhuǎn)換器獲取的信號數(shù)據(jù)在每一次取樣均碼反轉(zhuǎn)(在傳感器載波的最小波峰時碼反轉(zhuǎn))來進行處理，因此與專利文獻I中記載的發(fā)明的情況同樣地存在產(chǎn)生振動的問題。
[0008]另外，在無傳感器類型的情況下，將傳感器載波信號重疊在電磁鐵驅(qū)動電流信號而自數(shù)模轉(zhuǎn)換器輸出，經(jīng)由功率放大器(power amplifier)而對電磁鐵進行激磁。在電磁鐵線圈中對重疊的傳感器載波信號進行振幅調(diào)制。因此，提取包含移位信號成分的振幅調(diào)制信號，與具有專用傳感器的情況同樣地進行與傳感器載波同步的解調(diào)處理。然而，在無傳感器類型的情況下，代替專用傳感器而利用電磁鐵傳感移位信號，因此不僅重疊的傳感器載波信號的調(diào)制信號，控制電流信號也以同等以上的信號電平(level)混合。因此，混入在振幅調(diào)制信號中的控制電流成分(噪聲成分)變得比專用傳感器類型的情況更多。
[0009]專利文獻3中記載的技術(shù)涉及無傳感器類型，使傳感用傳感器載波成分重疊在對電磁鐵進行激磁的驅(qū)動電流?；镜男盘柼幚砼c專利文獻2中記載的技術(shù)相同，但在以下方面不同。即，以逆相位關(guān)系對以夾持轉(zhuǎn)子的方式對向而相向的一對電磁鐵的各者施加重疊的傳感器載波(載波)。由此，可自控制電流成分高效率地分離并提取包含移位信號成分的振幅調(diào)制信號。然而，因與專利文獻2的無傳感器類型的情況相同的原因，存在噪聲混入移位調(diào)制信號的問題。
[0010][【背景技術(shù)】文獻]
[0011][專利文獻]
[0012][專利文獻I]日本專利特開2006-308074號公報
[0013][專利文獻2]日本專利特開2000-60169號公報
[0014][專利文獻3]日本專利特開2001-177919號公報

【發(fā)明內(nèi)容】

[0015]本發(fā)明的目的在于提供一種磁性軸承裝置及真空泵，可實現(xiàn)磁性軸承控制中的移位信息的S/N比提升
[0016]本發(fā)明的目的是采用以下技術(shù)方案來實現(xiàn)的。本發(fā)明的優(yōu)選的實施方式中的磁性軸承裝置是利用電磁鐵而非接觸支撐被支撐體，且包括:正弦波離散值生成部，通過數(shù)字運算處理而生成正弦波離散值；載波生成部，基于正弦波離散值而生成載波信號；移位檢測部，根據(jù)被支撐體的支撐位置來對載波信號進行調(diào)制并輸出調(diào)制波信號；模數(shù)轉(zhuǎn)換部，當(dāng)將載波信號的頻率設(shè)為fc時，以滿足fc = (n+1/2) *fs(其中，η為O以上的整數(shù))的取樣頻率fs，且以與正弦波離散值同步的規(guī)定時序，將調(diào)制波信號模數(shù)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號；解調(diào)運算部，基于模數(shù)轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號進行解調(diào)運算；及控制部，基于解調(diào)運算部的解調(diào)運算結(jié)果而控制電磁鐵的電流，從而控制被支撐體的支撐位置；且規(guī)定時序為取樣時序成為載波信號的最大波峰位置附近的時序及成為最小波峰位置附近的時序，解調(diào)運算部在將于最大波峰位置附近取樣的數(shù)字信號的數(shù)據(jù)值設(shè)為dl，且將在最小波峰位置附近取樣的數(shù)字信號的數(shù)據(jù)值設(shè)為d2時，輸出通過d3 = (dl-d2)/2而計算出的值d3作為解調(diào)運算結(jié)果。[0017]本發(fā)明的目的還可采用以下技術(shù)措施進一步實現(xiàn)。
[0018]前述的磁性軸承裝置，其中所述最大波峰位置附近設(shè)定為以所述最大波峰位置為中心的載波周期(Ι/fc)的1/4周期的相位范圍，且所述最小波峰位置附近設(shè)定為以所述最小波峰位置為中心的載波周期(Ι/fc)的1/4周期的相位范圍。
[0019]前述的磁性軸承裝置，其中所述解調(diào)運算部在每次取樣所述數(shù)據(jù)值dl、所述數(shù)據(jù)值d2時，輸出基于利用該取樣而獲得的數(shù)據(jù)值、與利用其之前的取樣而獲得的數(shù)據(jù)值的所述值d3。
[0020]前述的磁性軸承裝置，其中所述解調(diào)運算部在每次取樣所述數(shù)據(jù)值dl、所述數(shù)據(jù)值d2中的任一者時，輸出基于利用該取樣而獲得的數(shù)據(jù)值、與利用其之前的取樣而獲得的數(shù)據(jù)值的所述值d3。本發(fā)明的目的還采用以下技術(shù)方案來實現(xiàn)的。本發(fā)明的優(yōu)選的另一實施方式中的磁性軸承裝置包括:一對電磁鐵，設(shè)置在多個控制軸的各者，且相對于旋轉(zhuǎn)軸而對向配置；載波生成部，生成用以偵測旋轉(zhuǎn)軸的懸浮位置變化的載波信號；多個激磁放大器，基于重疊有載波信號的電磁鐵控制信號來控制施加至各電磁鐵的電壓，而將電磁鐵電流供給至電磁鐵的各者；多個電流傳感器，檢測電磁鐵電流；調(diào)制波信號生成部，基于與對向配置的一對電磁鐵相對應(yīng)地設(shè)置的一對電流傳感器的檢測信號，而生成包含懸浮位置變化信息的調(diào)制波信號；模數(shù)轉(zhuǎn)換部，當(dāng)將載波信號的頻率設(shè)為fc時，以滿足fc =(n+1/2) *fs(其中，η為O以上的整數(shù))的取樣頻率fs，且以與載波信號同步的規(guī)定時序，將調(diào)制波信號模數(shù)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號；解調(diào)運算部，基于模數(shù)轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號進行解調(diào)運算；控制部，基于解調(diào)運算部的解調(diào)運算結(jié)果而生成電磁鐵控制信號，從而控制旋轉(zhuǎn)軸的懸浮位置；且規(guī)定時序為取樣時序成為載波信號的最大波峰位置附近的時序及成為最小波峰位置附近的時序，解調(diào)運算部在將于最大波峰位置附近取樣的數(shù)字信號的數(shù)據(jù)值設(shè)為dl，且將在最小波峰位置附近取樣的數(shù)字信號的數(shù)據(jù)值設(shè)為d2時，輸出通過d3 = (dl-d2)/2而計算出的值d3作為解調(diào)運算結(jié)果。
[0021 ] 本發(fā)明的目的還可采用以下技術(shù)措施進一步實現(xiàn)。
[0022]前述的磁性軸承裝置，其中所述最大波峰位置附近設(shè)定為以最大波峰位置為中心的載波周期(Ι/fc)的1/4周期的相位范圍，最小波峰位置附近設(shè)定為以最小波峰位置為中心的載波周期(Ι/fc)的1/4周期的相位范圍。
[0023]前述的磁性軸承裝置，其中所述解調(diào)運算部在每次取樣數(shù)據(jù)值dl、數(shù)據(jù)值d2時，輸出基于利用該取樣而獲得的數(shù)據(jù)值、與利用其之前的取樣而獲得的數(shù)據(jù)值的所述值d3。
[0024]前述的磁性軸承裝置，其中所述解調(diào)運算部在每次取樣數(shù)據(jù)值dl、d2中的任一者時，輸出基于利用該取樣而獲得的數(shù)據(jù)值、與利用其之前的取樣而獲得的數(shù)據(jù)值的值d3。
[0025]本發(fā)明的目的又采用以下技術(shù)方案來實現(xiàn)的。本發(fā)明的優(yōu)選的實施方式中的真空泵包括:泵轉(zhuǎn)子，形成有排氣功能部；電動機，旋轉(zhuǎn)驅(qū)動泵轉(zhuǎn)子；及磁性軸承裝置，磁懸浮支撐泵轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)軸。
[0026]借由上述技術(shù)方案，本發(fā)明的磁性軸承裝置及真空泵至少具有下列優(yōu)點及有益效果:根據(jù)本發(fā)明，可實現(xiàn)磁性軸承控制中的移位信息的S/N比提升。
[0027]上述說明僅是本發(fā)明技術(shù)方案的概述，為了能夠更清楚了解本發(fā)明的技術(shù)手段，而可依照說明書的內(nèi)容予以實施，并且為了讓本發(fā)明的上述和其他目的、特征和優(yōu)點能夠更明顯易懂，以下特舉較佳實施例，并配合附圖，詳細(xì)說明如下?！緦＠綀D】

【附圖說明】
[0028]圖1是表示具備移位傳感器方式的磁性軸承裝置的磁性軸承型渦輪分子泵的概略構(gòu)成的圖。
[0029]圖2是表示控制單元(control unit)的概略構(gòu)成的方框圖。
[0030]圖3是表示五軸控制型磁性軸承的構(gòu)成的方框圖。
[0031 ]圖4是表示激磁放大器36的構(gòu)成的圖。
[0032]圖5是詳細(xì)地表示傳感器7Ix~傳感器73與傳感器電路33a~傳感器電路33e的圖。
[0033]圖6是表示與軸向(axial)傳感器73相關(guān)的控制區(qū)塊的一例的圖。
[0034]圖7的(a)、(b)、(c)、(d)、(e)是表示信號波形的一例的圖。
[0035]圖8 (a)、圖8 (b)是定性地表示取樣及解調(diào)處理的圖。
[0036]圖9 (a)、圖9 (b)是表示取樣及解調(diào)處理的另一例的圖。
[0037]圖10(a)、圖10(b)是表示取樣及解調(diào)處理的另一例的圖。
[0038]圖11是說明取樣時序的圖。
[0039]圖12是表示五軸控制型磁性軸承的構(gòu)成的另一例的方框圖。
[0040]圖13是表示無傳感器方式的磁性軸承型渦輪分子泵的控制單元的概略構(gòu)成的方框圖。
[0041]圖14是說明無傳感器方式的情況的控制部44的磁性軸承控制的方框圖。
[0042]圖15是表示各階段(a)~階段(g)中的信號波形的一例的圖。
[0043]圖16是表示無傳感器方式的情況下的另一構(gòu)成的圖。
[0044]【主要元件符號說明】
[0045]3:轉(zhuǎn)子3a:旋轉(zhuǎn)葉片
[0046]3b:圓筒部4:轉(zhuǎn)子軸
[0047]4a:推力盤20:基座
[0048]21:泵外殼21a:進氣口
[0049]21c:固定凸緣22:固定葉片
[0050]23:墊圈24:螺桿定子
[0051]25:排氣埤26a、26b:機械軸承
[0052]27:電動機28:旋轉(zhuǎn)傳感器
[0053]29:傳感器靶30:數(shù)字控制電路
[0054]31、35、413p、413m:數(shù)模轉(zhuǎn)換器
[0055]32、205:濾波器
[0056]33、33a~33e:傳感器電路
[0057]34、34A、34B、400、400p、400m:模數(shù)轉(zhuǎn)換器
[0058]36、36p、36m:激磁放大器
[0059]37A~37E、204:相位偏移電路
[0060]40:直流電電源41:逆變器
[0061]44:控制部51~53:磁性軸承[0062]51χ:Χ1軸電磁鐵51y:Yl軸電磁鐵
[0063]52x:X2軸電磁鐵52y:Y2軸電磁鐵 [0064]53ζ:電磁鐵71、72:徑向傳感器
[0065]7Ix:X1軸傳感器7Iy:Y1軸傳感器
[0066]72x:X2軸傳感器
[0067]72y:Y2軸傳感器73:軸向傳感器
[0068]101Α、101Β:電流傳感器 202:增益調(diào)整部
[0069]203:差動放大器301:脈寬調(diào)制控制信號
[0070]302:電流信號303:脈寬調(diào)制閘極驅(qū)動信號
[0071]304:電磁鐵電流信號305:傳感器載波信號
[0072]306:傳感器信號310、406:解調(diào)運算部
[0073]311:控制運算部312:相位偏移運算部
[0074]313:正弦波離散值生成部 401p、401m:閘極信號生成部
[0075]403p、403m:低通濾波器405:帶通濾波器
[0076]406:解調(diào)運算部407:磁懸浮控制器
[0077]409P、409m:信號處理運算部 410p、410m:放大器控制器
[0078]411:傳感器載波生成電路412p、412m:脈寬調(diào)制運算部
[0079]414:加法部500:磁性軸承電磁鐵
[0080]chlch5:輸入部d:固定值
[0081]dl、d2:數(shù)據(jù)值d3:運算結(jié)果
[0082]fc:載波頻率fs:取樣頻率
[0083]ib:偏壓電流ic、icp、icm:懸浮控制電流
[0084]is、isp、ism:傳感器載波成分
[0085]r:噪聲成分D10、D11: 二極管
[0086]Ip、Im:電流Ml、M2、M3、M4:取樣點
[0087]S11、S12、S13、S14:最大波峰時序
[0088]S21、S22、S23、S24:最小波峰時序
[0089]S31、S32、S33、S34、S35、S36、S37、S38:輸出時序
[0090]SW10、SW11:開關(guān)元件Tc:載波周期
[0091]W:振動波形
【具體實施方式】
[0092]為更進一步闡述本發(fā)明為達成預(yù)定發(fā)明目的所采取的技術(shù)手段及功效，以下結(jié)合附圖及較佳實施例，對依據(jù)本發(fā)明提出的一種磁性軸承裝置及真空泵的【具體實施方式】、結(jié)構(gòu)、特征及其功效，詳細(xì)說明如后。
[0093]以下，參照附圖對用在本發(fā)明的實施方式進行說明。
[0094]-第I實施方式-
[0095]圖1是表示具備移位傳感器方式的磁性軸承裝置的磁性軸承型渦輪分子泵的概略構(gòu)成的圖。渦輪分子泵包括泵單元1、及驅(qū)動控制泵單元I的控制單元。此外，在圖1中，省略控制單元的圖示。
[0096]轉(zhuǎn)子軸4是由徑向(radial)方向的磁性軸承51、52及軸向方向的磁性軸承53非接觸支撐。磁性軸承53是以在軸向夾持固定在轉(zhuǎn)子軸4的下部的推力盤(thrust disc) 4a的方式配置。轉(zhuǎn)子軸4的懸浮位置通過作為移位傳感器的徑向傳感器71、徑向傳感器72及軸向傳感器73而檢測。傳感器71?傳感器73使用在傳感器芯(sensor core)卷繞有線圈的構(gòu)成的電感式移位傳感器。
[0097]通過磁性軸承而旋轉(zhuǎn)自如地磁懸浮的轉(zhuǎn)子3,通過電動機27高速旋轉(zhuǎn)驅(qū)動。電動機27使用無刷直流電動機(Brushless Direct Current Motor)等。此外,在圖1中，示意性地記載為電動機27，但更詳細(xì)而言，以符號27表示的部分構(gòu)成電動機定子，在轉(zhuǎn)子軸4側(cè)設(shè)置有電動機轉(zhuǎn)子。
[0098]轉(zhuǎn)子3的旋轉(zhuǎn)通過旋轉(zhuǎn)傳感器28而檢測。在通過電動機27旋轉(zhuǎn)驅(qū)動的轉(zhuǎn)子軸4的下端設(shè)置有傳感器祀(sensor target) 29。傳感器祀29與轉(zhuǎn)子軸4 一體地旋轉(zhuǎn)。上述的軸向移位傳感器73及旋轉(zhuǎn)傳感器28配置在與傳感器靶29的下表面對向的位置。在磁性軸承未工作時，轉(zhuǎn)子軸4由緊急用的機械軸承(mechanical bearing) 26a、機械軸承26b支撐。
[0099]在轉(zhuǎn)子3形成有構(gòu)成旋轉(zhuǎn)側(cè)排氣功能部的多級旋轉(zhuǎn)葉片3a與圓筒部3b。另一方面，在固定側(cè)設(shè)置有作為固定側(cè)排氣功能部的固定葉片22與螺桿定子(screw stator)24。多級固定葉片22與旋轉(zhuǎn)葉片3a相對于軸向而交替地配置。螺桿定子24隔開規(guī)定的間隙而設(shè)置在圓筒部3b的外周側(cè)。
[0100]各固定葉片22隔著墊圈(spacer ring) 23而載置在基座(base) 20上。當(dāng)通過螺栓(bolt)將泵外殼(casing) 21的固定凸緣(flange) 21c固定在基座(base) 20時,疊層的墊圈23被夾持在基座20與泵外殼21之間，從而固定葉片22被定位。在基座20設(shè)置有排氣埤(port) 25,在該排氣埤25連接有增壓泵(back pump)。使轉(zhuǎn)子3—面磁懸浮一面通過電動機27高速旋轉(zhuǎn)驅(qū)動，由此進氣口 21a側(cè)的氣體分子向排氣埠25側(cè)排出。
[0101]圖2是表示控制單元的概略構(gòu)成的方框圖。來自外部的交流電(alternatingcurrent,AC)輸入,通過設(shè)置在控制單元的直流電(direct current,DC)電源40而自交流轉(zhuǎn)換為直流。直流電電源40分別生成逆變器(inverter) 41用電源、激磁放大器36用電源、及控制部44用電源。
[0102]對電動機27供給電流的逆變器41具備多個開關(guān)(switching)元件。通過利用控制部44來控制這些開關(guān)元件的接通斷開(on off)，而驅(qū)動電動機27。
[0103]圖2所不的10個磁性軸承電磁鐵500表不設(shè)置在各磁性軸承51、磁性軸承52、磁性軸承53的磁性軸承電磁鐵。在圖1所示的渦輪分子泵使用的磁性軸承為五軸控制型磁性軸承，徑向的磁性軸承51、磁性軸承52分別為雙軸的磁性軸承,分別具備兩對(四個)磁性軸承電磁鐵500。另外，軸向的磁性軸承53為單軸磁性軸承，具備一對(兩個)磁性軸承電磁鐵500。對磁性軸承電磁鐵500供給電流的激磁放大器36設(shè)置在10個磁性軸承電磁鐵500的各者，在控制單元合計具備10個激磁放大器36。
[0104]控制電動機27的驅(qū)動及磁性軸承的驅(qū)動的控制部44，例如包含現(xiàn)場可編程門陣列(Field Programmable Gate Array, FPGA)等數(shù)字運算器及其周邊電路。關(guān)于電動機控制，自控制部44對逆變器41輸入用以對設(shè)置在逆變器41的多個開關(guān)元件進行接通斷開控制的脈寬調(diào)制(Pulse Width Modulation, PWM)控制信號301，自逆變器41對控制部44輸入與電動機27相關(guān)的相電壓及與相電流相關(guān)的信號302。關(guān)于磁性軸承控制，自控制部44對各激磁放大器36輸入用以對激磁放大器36所包含的開關(guān)元件進行接通斷開控制的脈寬調(diào)制閘極(gate)驅(qū)動信號303，自各激磁放大器36對控制部44輸入與各磁性軸承電磁鐵500相關(guān)的電磁鐵電流信號304。另外，自控制部44對各傳感器電路33輸入傳感器載波信號(載波信號)305，自各傳感器電路33對控制部44輸入通過移位來調(diào)制的傳感器信號306。
[0105]圖3是表示五軸控制型磁性軸承的構(gòu)成的方框圖。在圖3中，數(shù)字控制電路30、數(shù)模轉(zhuǎn)換器31、濾波器(filter) 32、模數(shù)轉(zhuǎn)換器34(34A、34B)及數(shù)模轉(zhuǎn)換器35與圖2的控制部44相對應(yīng)。徑向磁性軸承51具備Xl軸電磁鐵51x與Yl軸電磁鐵51y，徑向磁性軸承52具備X2軸電磁鐵52x與Y2軸電磁鐵52y。電磁鐵51x、電磁鐵51y、電磁鐵52x、電磁鐵52y分別包含夾持轉(zhuǎn)子4而對向的一個電磁鐵500 (參照圖2)。軸向磁性軸承53的電磁鐵53z包含一對磁性軸承電磁鐵500。另一方面，徑向傳感器71與Xl軸電磁鐵5Ix及Yl軸電磁鐵51y對應(yīng)地具備Xl軸傳感器71x及Yl軸傳感器71y。同樣地，徑向傳感器72與X2軸電磁鐵52x及Y2軸電磁鐵52y對應(yīng)地具備X2軸傳感器72x及Y2軸傳感器72y。
[0106]如上所述，徑向傳感器71(71x、71y)、徑向傳感器72(72x、72y)及軸向傳感器73為電感式的移位傳感器，利用因間隙移位的變化而產(chǎn)生的傳感器部阻抗(impedance)的變化，將間隙移位轉(zhuǎn)換為電信號。利用數(shù)模轉(zhuǎn)換器31而將利用數(shù)字控制電路30生成的頻率fc的傳感器載波信號轉(zhuǎn)換為模擬信號，并經(jīng)由濾波器32而施加至各傳感器71x、傳感器71y、傳感器72x、傳感器72y及傳感器73。
[0107]對各傳感器71x、傳感器71y、傳感器72x、傳感器72y及傳感器73施加的傳感器載波信號(載波信號)，根據(jù)因間隙移位而產(chǎn)生的傳感器部阻抗變化而進行振幅調(diào)制。該已振幅調(diào)制的調(diào)制波信號(傳感器信號)經(jīng)由各傳感器電路33a?傳感器電路33e而輸入至模數(shù)轉(zhuǎn)換器34A、模數(shù)轉(zhuǎn)換器34B。此外，Xl軸及X2軸的傳感器信號輸入至模數(shù)轉(zhuǎn)換器34A，Yl軸、Y2軸及Z軸的傳感器信號輸入至另一模數(shù)轉(zhuǎn)換器34B。來自各傳感器電路33a?傳感器電路33e的模擬信號通過模數(shù)轉(zhuǎn)換器34A、模數(shù)轉(zhuǎn)換器34B而依序轉(zhuǎn)換為數(shù)字值，并輸入至數(shù)字控制電路30。
[0108]在數(shù)字控制電路30中，基于預(yù)先存儲的磁懸浮控制常數(shù)與已轉(zhuǎn)換為數(shù)字值的位置信息而計算應(yīng)流至各電磁鐵51x、電磁鐵51y、電磁鐵52x、電磁鐵52y、53的電磁鐵電流，并輸出電磁鐵電流控制信號。電磁鐵電流控制信號在通過數(shù)模轉(zhuǎn)換器35而轉(zhuǎn)換為模擬值后輸入至激磁放大器36。此外，在圖3中僅記載有一個激磁放大器36，但實際上如圖2所示，設(shè)置有與磁性軸承電磁鐵500的數(shù)量(10個)相當(dāng)?shù)臄?shù)量的激磁放大器36，且自各激磁放大器36對各電磁鐵500供給電磁鐵電流。
[0109]圖4是表不與各磁性軸承電磁鐵500相對應(yīng)地設(shè)置的激磁放大器36的構(gòu)成的圖。激磁放大器36是將串聯(lián)連接開關(guān)元件與二極管(diode)者進而并聯(lián)連接兩個而成者。磁性軸承電磁鐵500連接在開關(guān)元件SWlO與二極管DlO的中間、和開關(guān)元件SWll與二極管Dll的中間之間。
[0110]開關(guān)元件SW10、開關(guān)元件SWll基于來自控制部44的脈寬調(diào)制閘極驅(qū)動信號303而進行接通斷開(導(dǎo)通、切斷)控制。開關(guān)元件SW10、開關(guān)元件SWll同時接通斷開，在兩者均接通的情況下電磁鐵電流如實線箭頭所示般流動，而在兩者皆斷開的情況下電磁鐵電流如虛線箭頭所示般流動。接通時的電流值利用電流傳感器IOlA測量，斷開時的電流值利用電流傳感器IOlB測量。在電流傳感器101A、電流傳感器IOlB使用例如分流電阻(shuntresistor)，且使用分流電阻的電壓作為電流檢測信號。
[0111]圖5是詳細(xì)地表示圖3中的各軸的傳感器71x?傳感器73與傳感器電路33a?傳感器電路33e的圖。徑向方向的Xl軸傳感器71χ、Υ1軸傳感器71y、X2軸傳感器72x、Y2軸傳感器72y成為相同構(gòu)成,在來自一對傳感器的輸出信號之間獲取差分。另一方面，關(guān)于軸向傳感器73，來自傳感器的輸出信號在與使傳感器載波信號通過增益(gain)調(diào)整部202及相位偏移(shift)電路204所得的信號之間進行差分運算。
[0112]圖6是表示圖3、圖5所示的與軸向傳感器73(z軸向)相關(guān)的控制區(qū)塊的一例的圖。利用數(shù)字控制電路30的正弦波離散值生成部313生成的正弦波離散值通過數(shù)模轉(zhuǎn)換器31而轉(zhuǎn)換為模擬信號，并將該模擬信號輸出至濾波器32。輸出的傳感器載波信號中包含諧波而成為梯狀，因此通過利用包含低通濾波器(low pass filter)或帶通濾波器等的濾波器32進行濾波，而獲得平滑的傳感器載波信號。該傳感器載波信號通過電阻R而施加至串聯(lián)連接的傳感器73。自濾波器32輸出的傳感器載波信號Fcarrier (t)若將傳感器載波頻率設(shè)為fc則由下式⑴表示。
[0113]Fcarrier (t) = Asin (2 π fct)...(I)
[0114]施加至軸向傳感器73的該傳感器載波信號，通過根據(jù)轉(zhuǎn)子軸4的位置而變化的阻抗變化來進行振幅調(diào)制，而成為振幅調(diào)制波FAM(t)。此處，如果將位置信息信號設(shè)為Fsig (t)，則振幅調(diào)制波FAM(t)如下式(2)所示。此外，Φ為與傳感器載波信號的相位差。
[0115]FAM (t) = (A+Fsig (t)) sin (2 n fct+ Φ)...(2)
[0116]圖7的(a)、(b)、(c)、(d)、(e)是表示信號波形的一例的圖，圖7的(a)表示位置信息信號Fsig(t)，圖7的(b)表示傳感器載波信號(載波信號)Fcarrier(t)。當(dāng)利用圖7的(a)的位置信息信號Fsig(t)對圖7的(b)的傳感器載波信號FcarrieHt)進行調(diào)制時，獲得如圖7的(c)所示的振幅調(diào)制波FAM(t)。該振幅調(diào)制波FAM(t)自移位傳感器73輸入至差動放大器203。
[0117]由下式(3)所表示的傳感器基準(zhǔn)信號Fstd(L)與振幅調(diào)制波FAM(t) —同輸入至差動放大器203，這些信號的差分信號Fsub(t)是差動放大器203輸出。傳感器基準(zhǔn)信號Fstd (t)是通過利用增益調(diào)整部202對載波信號FcarrieHt)進行增益調(diào)整，進而利用相位偏移電路204以成為與振幅調(diào)制波FAM(t)同相位的方式進行相位調(diào)整而形成。
[0118]Fstd (t) = Csin (2 π fct+Φ)...(3)
[0119]傳感器基準(zhǔn)信號Fstd(t)成為如圖7的(d)所示的波形，下式(4)所示的差分信號Fsub(t)成為如圖7的(e)的波形。在濾波器205中對自差動放大器203輸出的差分信號Fsub(t)實施以載波頻率(carrier frequency) fc為中心頻率的帶通處理。
[0120]Fsub (t) = FAM (t)-Fstd ⑴
[0121]= (A+Fsig (t) -C) sin (2 π fct+ Φ)...(4)
[0122]如此，自濾波器205輸出的差分信號利用同步取樣而自模數(shù)轉(zhuǎn)換器34(34Α、34Β)獲取至數(shù)字控制電路30中。此時，基于利用正弦波離散值生成部313生成的正弦波離散值而進行取樣，但如果通過移位傳感器73而對載波信號進行調(diào)制則相位會偏移。因此，將利用相位偏移運算部312根據(jù)該偏移而使正弦波離散值進行相位偏移所得的值，輸入至模數(shù)轉(zhuǎn)換器34。其后，利用解調(diào)運算部310而進行下述的解調(diào)運算輸出d3的運算。將該運算結(jié)果輸入至控制運算部311，在控制運算部311中進行電磁鐵電流控制量的運算。
[0123]此外，在圖3中，自數(shù)模轉(zhuǎn)換器31輸出與模數(shù)轉(zhuǎn)換器34(34A、34B)同步地輸出的傳感器載波信號，但并不限定于此。例如，也能夠以數(shù)字的形式對傳感器載波正弦波信號暫時進行脈寬調(diào)制而以高/低(High/Low)信號的形式進行數(shù)字輸出，并利用模擬低通濾波器去除脈寬調(diào)制成分而獲得傳感器載波信號。
[0124]圖8(a)、圖8(b)是定性地表示取樣及解調(diào)處理的圖。圖8(a)表示本實施方式中的處理，圖8(b)表示現(xiàn)有的處理。在圖8(a)、圖8(b)中，振動波形W表示輸入至模數(shù)轉(zhuǎn)換器34的信號(傳感器信號)，r為噪聲成分。例如，在因電磁鐵電流產(chǎn)生的噪聲的情況下成為頻率比取樣頻率fs低的噪聲成分，此處，為了觀察定性影響而近似地設(shè)為直流噪聲。另外，考慮調(diào)制波也簡單地僅利用直流移位進行調(diào)制的情況。因此，噪聲成分r固定，輸入信號W的振幅也成為固定值d。即，輸入至模數(shù)轉(zhuǎn)換器34的信號如(直流調(diào)制)+ (直流噪聲)=dX sin (2 fc X t) +r 表不。
[0125]在本實施方式的情況下，當(dāng)以同步取樣進行獲取時，根據(jù)fc = (n+1/2) Xfs的關(guān)系，以傳感器載波的最大波峰時序(Sll、S12、S13、S14、…)及最小波峰時序(S21、S22、S23、S24、…)進行獲取。此外，fc為載波頻率，fs為取樣頻率。圖8(a)所示的例表示fc=(n+1/2) Xfs中η = O的情況(fs = 2fc)。即，在載波頻率fc的情況下的一半的周期l/(2Xfc)(即兩倍的頻率2fc)的波峰時序進行取樣。此處，將以最大波峰時序(S11、S12、S13、S14、…)獲取的數(shù)據(jù)值設(shè)為dl( = d+r)，將以最小波峰時序(S21、S22、S23、S24、…)獲取的數(shù)據(jù)值設(shè)為d2( = -d+r)。
[0126]圖6的解調(diào)運算部 310基于以最大波峰時序Sll獲取的取樣數(shù)據(jù)值dl與以最小波峰時序S21獲取的取樣數(shù)據(jù)值d2，進行下式(5)所示的運算。圖8(a)、圖8(b)的箭頭S31~箭頭S34表示運算結(jié)果的輸出時序，在圖8(a)、圖8(b)所示的例中，輸出時序S31~輸出時序S34設(shè)定為與最小波峰時序S21~最小波峰時序S24相同的時序?；谧畲蟛ǚ鍟r序Sll及最小波峰時序S21的數(shù)據(jù)值dl、數(shù)據(jù)值d2的運算結(jié)果d3，在輸出時序S31 (與最小波峰時序S21相同的時序)下作為解調(diào)運算輸出而輸出。
[0127]d3 = (dl_d2)/2…(5)
[0128]同樣地，在輸出時序S32(與最小波峰時序S22相同的時序)下,基于最大波峰時序S12的取樣數(shù)據(jù)值dl與最小波峰時序S22的取樣數(shù)據(jù)值d2的值d3作為解調(diào)運算輸出而輸出。如上所述，在輸出時序(S33、S34、…)下,也輸出同樣的運算結(jié)果。輸出時序(S31、
532、S33、S34…)設(shè)定為分別與最小波峰時序(S21、S22、S23、S24、…)相同的時序。自式
(5)也可得知，在直流噪聲的情況下噪聲成分r被完全消除(cancel)。在圖8(a)所示的例中調(diào)制波是利用直流移位而產(chǎn)生者，因此解調(diào)運算輸出d3與振幅值d相等。
[0129]即，解調(diào)運算輸出d3在載波頻率fc(即周期Ι/fc)的信號波形的最小波峰時序(S21、S22、S23、S24、…)下輸出。此外，也可將解調(diào)運算輸出d3的輸出時序(S31、S32、
533、S34...)設(shè)定為與最大波峰時序(S11、S12、S13、S14、…)相同的時序。例如，在以最大波峰時序S12輸出解調(diào)運算輸出d3的情況下,基于最小波峰時序S21的數(shù)據(jù)值d2與最大波峰時序S12的數(shù)據(jù)值dl而計算解調(diào)運算輸出d3。[0130]另一方面，在圖8(b)中，與本實施方式不同，表示以fs = fc且以最小波峰時序進行獲取，并以最小波峰時序輸出解調(diào)運算處理d3的情況。在該情況下，輸出將取樣的數(shù)據(jù)值d2( = -d+r)進行正負(fù)反轉(zhuǎn)所得的值_d2( = d-r)作為解調(diào)運算輸出d3。即，因噪聲而產(chǎn)生的值r作為誤差而包含在解調(diào)運算輸出d3中。如此，因電磁鐵電流(控制電流)而產(chǎn)生的低頻率的混合噪聲也作為解調(diào)信號而被獲取。其結(jié)果，解調(diào)的轉(zhuǎn)子移位信號(移位信息)中仍然混入有實際上未移位(振動)的振動成分，反饋該轉(zhuǎn)子移位信號而進行磁懸浮控制，因此轉(zhuǎn)子會因噪聲成分而強制振動，其反作用力傳遞至泵外殼21而成為泵主體I振動的原因。
[0131]然而，在本實施方式中，當(dāng)如上述般計算d3 = (dl_d2)/2時噪聲成分r幾乎被消除，因此可減少解調(diào)的轉(zhuǎn)子移位信號中所包含的噪聲，從而可防止泵振動。
[0132]在圖8(a)所示的例中，表示以fs = 2Xfc的取樣頻率fs對波峰值(最大波峰值及最小波峰值)進行取樣，且在周期Ι/fc的波峰時序輸出解調(diào)運算輸出d3的情況，但取樣時序及輸出時序并不限定于此。圖9(a)、圖9(b)是表示取樣周期與解調(diào)運算輸出d3的輸出周期相等的情況的圖。此外，在圖9(a)、圖9(b)中，設(shè)為噪聲成分r = O而表示輸入信號W，輸入信號W示為dX sin (2 Jifc X t)。
[0133]圖9(a)表示以fs = 2Xfc對波峰值進行取樣，并在與取樣周期相同的周期I/(2Xfc)的波峰時序輸出解調(diào)運算輸出d3的情況。通過以fs = 2Xfc進行波峰值的取樣，而獲取傳感器載波的最大波峰時序(S11、S12、S13、S14、…)的數(shù)據(jù)值dl及最小波峰時序(S21、S22、S23、S24、...)的數(shù)據(jù)值 d2。然后，以輸出時序(S31、S32、S33、S34、S35 …)輸出解調(diào)運算輸出(d3 = (dl-d2)/2)。第奇數(shù)個輸出時序(S31、S33、S35、S37、…)與最大波峰時序(S11、S12、S13、S14、…)為相同時序，第偶數(shù)個輸出時序(S32、S34、S36、S38…)與最小波峰時序(S21、S22、S23、S24、…)為相同時序。
[0134]例如，在以與最小波峰時序S21為相同時序的輸出時序S32輸出解調(diào)運算輸出d3的情況下，基于最大波峰時序Sll的數(shù)據(jù)值dl與最小波峰時序S21的數(shù)據(jù)值d2而計算解調(diào)運算輸出d3。另一方面,在以與最大波峰時序S12為相同時序的輸出時序S33輸出解調(diào)運算輸出d3的情況下，基于最大波峰時序S12的數(shù)據(jù)值dl與最小波峰時序S21的數(shù)據(jù)值d2而計算解調(diào)運算輸出d3。即，基于最近獲取的2個數(shù)據(jù)值dl、數(shù)據(jù)值d2而計算解調(diào)運算輸出d3。
[0135]圖9(b)表示在fc = (n+1/2) Xfs中設(shè)為η = I的情況。在圖9(b)中，以fs =(2/3) Xfc對波峰值進行取樣，在與取樣周期相同的周期1/((2/3) Xfc)的波峰時序輸出解調(diào)運算輸出d3。即，在載波頻率fc的三個周期中以兩次的頻率進行取樣，獲取最大波峰時序的數(shù)據(jù)值dl與最小波峰時序的數(shù)據(jù)值d2。然后，以取得數(shù)據(jù)值dl、數(shù)據(jù)值d2的時序輸出解調(diào)運算輸出d3。
[0136]例如，以與最小波峰時序S21為相同時序的輸出時序S32，基于最大波峰時序Sll的數(shù)據(jù)值dl與最小波峰時序S21的數(shù)據(jù)值d2而輸出解調(diào)運算輸出d3。另外，以與最大波峰時序S12為相同時序的輸出時序S33，基于最大波峰時序S12的數(shù)據(jù)值dl與最小波峰時序S21的數(shù)據(jù)值d2而輸出解調(diào)運算輸出d3。
[0137]在圖10(a)所示的例中，以fs = 2 X fc對波峰值進行取樣，在周期Ι/fc的最小波峰時序輸出解調(diào)運算輸出d3。解調(diào)運算輸出d3是基于最近獲取的2個數(shù)據(jù)值dl、數(shù)據(jù)值d2而計算出。與圖9(a)所示的例進行比較，則解調(diào)運算輸出d3的輸出頻率成為1/2。因此，在圖10(a)所示的情況下實現(xiàn)運算負(fù)荷的減輕。另一方面，在圖9(a)的情況下，可去除傳感器信號中所包含的噪聲中的更高頻成分。
[0138]在圖10(b)所示的例中，以fs = (2/3) Xfc對波峰值進行取樣，在取樣周期的兩倍的周期l/(fc/3)的最小波峰時序輸出解調(diào)運算輸出d3。與圖9(b)所示的例進行比較，則解調(diào)運算輸出d3的輸出頻率成為1/2。因此，圖10(b)所示的情況實現(xiàn)運算負(fù)荷的減輕。
[0139]如圖8(a)、圖8(b)、及圖9(a)、圖9(b)、及圖10 (a)、圖10(b)所示，在本實施方式中，通過以fc = (n+1/2) Xfs的關(guān)系進行取樣，而交替地獲取傳感器載波的最大波峰時序的數(shù)據(jù)值dl與最小波峰時序的數(shù)據(jù)值d2。然后，通過基于在輸出時序的最近獲取的數(shù)據(jù)值dl、數(shù)據(jù)值d2而輸出解調(diào)運算輸出d3，而幾乎消除噪聲成分r。通過基于該運算結(jié)果d3控制電磁鐵電流，而可防止因噪聲而產(chǎn)生的泵振動。
[0140](關(guān)于五軸控制的說明)
[0141]此外，如圖3所示的五軸控制型的磁性軸承裝置般，在以相同頻率將同相位的載波施加至五軸全體的傳感器的情況下，在使用有相同構(gòu)造的傳感器的軸彼此，輸入至模數(shù)轉(zhuǎn)換器34(34A、34B)的傳感器信號的載波成分成為同相位。在圖5所示的例中，徑向方向的Xl軸傳感器71χ、Υ1軸傳感器71y、X2軸傳感器72x、Y2軸傳感器72y成為相同的構(gòu)成，在來自設(shè)置在對向位置的一對傳感器的輸出信號之間獲取差分。
[0142]另一方面，關(guān)于軸向方向的傳感器73,如上述般來自傳感器的輸出信號在與傳感器基準(zhǔn)信號Fstd(t)之間進行差分運算。如此，由于在徑向方向與軸向方向的傳感方式不同，因此Xl軸、Yl軸、X2軸及Y2軸與Z軸的相位大不同的情況居多。
[0143]如此，關(guān)于Xl軸、Yl軸、X2軸及Y2軸，由于如圖5所示般為相同構(gòu)造，因此成為將同相位的信號輸入至模數(shù)轉(zhuǎn)換器34(34A、34B)。關(guān)于輸入至設(shè)置在模數(shù)轉(zhuǎn)換器的多個輸入部中的一者的傳感器信號，在與傳感器載波的最大波峰位置及最小波峰位置同步地進行取樣的情況下，對于以同相位輸入至同一模數(shù)轉(zhuǎn)換器的其他輸入部的傳感器信號，僅可在自最大波峰位置及最小波峰位置偏離的位置進行取樣。因此，無法避免S/N比的降低。在圖3所示的例中，由于使用兩個模數(shù)轉(zhuǎn)換器34A、模數(shù)轉(zhuǎn)換器34B，因此如果在模數(shù)轉(zhuǎn)換器34A、模數(shù)轉(zhuǎn)換器34B的各輸入部chi中與最大波峰位置及最小波峰位置同步地進行取樣，則模數(shù)轉(zhuǎn)換器34A、模數(shù)轉(zhuǎn)換器34B的各輸入部ch2中的取樣時序會自最大波峰位置及最小波峰位置偏離。
[0144]此外，如上所述，Z軸信號的相位與Xl軸、Yl軸、X2軸及Y2軸信號的相位大不同，因此在輸入至輸入部chi的Yl軸信號與輸入至輸入部ch3的Z軸信號這兩者，可與最大波峰位置及最小波峰位置同步地進行取樣。
[0145]因此，以下使用圖11，對即便取樣時序偏離傳感器載波的最大波峰位置或最小波峰位置，也可極力抑制因該偏離而導(dǎo)致的S/N比降低的方法進行說明。圖11是表示與圖9(a)、圖9(b)所示的信號相同的輸入信號(傳感器信號)W的圖。在該方法中，通過在以傳感器載波的最大波峰位置及最小波峰位置為中心的規(guī)定相位范圍中進行取樣，而抑制S/N比的降低。此處將規(guī)定相位范圍設(shè)為載波周期Tc(= Ι/fc)的1/4以內(nèi)、即以相位計為90deg以內(nèi)。而且，在該范圍內(nèi)進行兩次取樣。
[0146]此處，將以模數(shù)轉(zhuǎn)換器34A、模數(shù)轉(zhuǎn)換器34B的最高取樣速度進行取樣的情況下的I秒鐘的取樣次數(shù)設(shè)為Nsamp。在該情況下，成為一次取樣處理花費1/Ncamp秒。因此，若如圖11所示般以Tc > 4/Nsamp的方式設(shè)定載波周期Tc，則可在范圍Tc/4以內(nèi)進行兩次取樣。
[0147]在圖11所示的例中，在夾著最大波峰位置而左右對稱的位置進行第I點Ml、第2點M2的取樣，進而在夾著最小波峰位置而對稱的位置對第3點M3、第4點M4進行取樣。然后，在模數(shù)轉(zhuǎn)換器34A中，將第奇數(shù)個取樣點(M1、M3)設(shè)為與Xl軸相關(guān)的取樣點，將第偶數(shù)個取樣點(M2、M4)設(shè)為與X2軸相關(guān)的取樣點。在模數(shù)轉(zhuǎn)換器34B的X2軸及Y2軸也進行相同的處理。
[0148]通過進行所述取樣，而可抑制信號電平的降低。于在范圍Tc/4以內(nèi)進行兩次取樣的情況下，例如即便于在最遠(yuǎn)離最大波峰位置、最小波峰位置的±45deg的位置進行取樣的情況下，也可將信號電平的減少抑制為自最大波峰位置、最小波峰位置的值d向d.sin(45deg) = 0.707d 的變化。
[0149]此外，也可如上所述具備2個模數(shù)轉(zhuǎn)換器34A、模數(shù)轉(zhuǎn)換器34B，代替進行如圖11的取樣處理而設(shè)為如圖12所示的構(gòu)成。在圖12所示的例中，通過在傳感器71x?傳感器73的前級設(shè)置相位偏移電路37A?相位偏移電路37E，而使輸入至I個模數(shù)轉(zhuǎn)換器34的傳感器載波信號的相位偏移。
[0150]在圖12所示的方框圖中，將自濾波器32輸出的傳感器載波信號分別輸入至相位偏移電路37A?相位偏移電路37E。將利用相位偏移電路37A進行了相位偏移的傳感器載波信號輸入至Xl軸傳感器71x。同樣地，將利用相位偏移電路37B?相位偏移電路37E進行了相位偏移的各傳感器載波信號分別輸入至傳感器71y、傳感器72x、傳感器72y、傳感器73。相位偏移電路37A?相位偏移電路37E的相位偏移量，以可對輸入至模數(shù)轉(zhuǎn)換器34的各輸入部chi?輸入部ch5的傳感器信號，與傳感器載波的最大波峰位置及最小波峰位置同步地進行取樣的方式分別設(shè)定。
[0151]此外，在圖12所示的例中，設(shè)為在五軸全體設(shè)置相位偏移電路而相位調(diào)整最容易的構(gòu)成，但并非必須設(shè)置在五軸全體。例如在Xl軸及Yl軸直接輸入自濾波器32輸出的傳感器載波信號，在X2軸及Y2軸輸入使用相位偏移電路而使相位僅偏移90deg的傳感器載波信號。關(guān)于Xl軸、Yl軸、X2軸及Y2軸，可與傳感器載波的最大波峰位置及最小波峰位置同步地進行取樣。
[0152]-第2實施方式-
[0153]在上述第I實施方式中，對具備移位傳感器方式的磁性軸承裝置的磁性軸承型渦輪分子泵進行了說明，在第2實施方式中，對具備除原本的軸支撐功能還具備位置傳感功能的磁性軸承裝置的磁性軸承型渦輪分子泵進行說明。以下，將具備位置傳感功能的自傳感方式的磁性軸承裝置稱為無傳感器方式的磁性軸承裝置。在具備無傳感器方式的磁性軸承裝置的磁性軸承型渦輪分子泵中，省略圖1所示的徑向傳感器71、徑向傳感器72及軸向傳感器73。
[0154]圖13是表示無傳感器方式的磁性軸承型渦輪分子泵的控制單元的概略構(gòu)成的方框圖，且是與第I實施方式的圖2對應(yīng)的圖。在具備無傳感器方式的磁性軸承裝置的磁性軸承型渦輪分子泵的情況下，省略移位傳感器用的傳感器電路，代替此，重疊有傳感用電流成分的電磁鐵電流供給至各磁性軸承電磁鐵500。[0155]圖14是控制部44中的磁性軸承控制的功能方框圖，且是表示控制軸五軸中的一軸(例如Xl軸)的圖。如上所述，在控制軸一軸設(shè)置有一對(P側(cè)及M側(cè))的磁性軸承電磁鐵500,相對于各磁性軸承電磁鐵500分別設(shè)置有激磁放大器36 (36p、36m)。如圖4所不，在激磁放大器36設(shè)置有檢測電磁鐵電流的電流傳感器101A、電流傳感器101B，自10個激磁放大器36分別輸出電流檢測信號。
[0156]閘極信號生成部401p基于利用脈寬調(diào)制運算部412p生成的脈寬調(diào)制控制信號，而生成用以驅(qū)動P側(cè)的激磁放大器36p的開關(guān)元件的閘極驅(qū)動電壓(閘極信號)。同樣地，閘極信號生成部401m基于利用脈寬調(diào)制運算部412m生成的脈寬調(diào)制控制信號，而生成用以驅(qū)動M側(cè)的激磁放大器36m的開關(guān)元件的閘極信號。
[0157]當(dāng)基于閘極信號對各激磁放大器36(36p、36m)的開關(guān)元件進行接通斷開控制時，對磁性軸承電磁鐵500的電磁鐵線圈施加電壓而流過電流Ip、Im。自P側(cè)的激磁放大器36p的電流傳感器101A、電流傳感器101B，輸出流至P側(cè)的磁性軸承電磁鐵500的電流Ip的電流檢測信號(以與電流相同的符號Ip表不)。另一方面，自M側(cè)的激磁放大器36m的電流傳感器101A、電流傳感器101B，輸出流至M側(cè)的磁性軸承電磁鐵500的電流Im的電流檢測信號(以與電流相同的符號Im表不)。
[0158]流至各磁性軸承電磁鐵500的電磁鐵電流如果按功能來劃分成分，則包含偏壓(bias)電流ib、懸浮控制電流ic (t)及位置檢測用傳感器載波成分的電流is (p側(cè)的isp、M側(cè)的i sm)。此處，流至對向的磁性軸承電磁鐵500的電磁鐵電流的各成分自磁懸浮控制的必要性及良好地檢測位置信號(移位信號)的必要性來說，以偏壓電流成為同符號，且懸浮控制電流及傳感器載波成分成為相反符號的方式構(gòu)成。因此，電流Ip及Im如下式(6)表示。其中，在式(6)中isp與ism的振幅成為相反符號，因此isp及ism的系數(shù)為正(plus)。
[0159]Ip = ib+ic+isp
[0160]Im = ib—ic+ism...(6)
[0161]偏壓電流ib為直流或極低的頻帶，用作與作用在旋轉(zhuǎn)體的重力的平衡力、懸浮力的直線性改善、用以進行移位傳感的偏壓用。
[0162]懸浮控制電流ic是用作使轉(zhuǎn)子軸4懸浮在規(guī)定位置的控制力用的電流。懸浮控制電流ic根據(jù)懸浮位置的變動而變化，因此其頻帶成為自直流至IkHz級(order)。
[0163]傳感器載波成分is是用于轉(zhuǎn)子軸4的懸浮位置移位的檢測的電流成分。對于傳感器載波成分is，為了極力抑制懸浮控制力的影響，通常使用幾kHz~幾十kHz (IkHz < fc < 100kHz)的頻帶中的頻率。
[0164]通常，在產(chǎn)業(yè)用途的磁性軸承中，應(yīng)用電壓控制型的脈寬調(diào)制放大器作為激磁放大器36(36p、36m)。即，通過控制施加在磁性軸承電磁鐵500的電磁鐵線圈的電壓，而進行電磁鐵電流的控制。因此，偏壓電流、懸浮控制電流及傳感器載波成分的符號的決定是利用電壓施加前的電壓控制信號來生成符號關(guān)系。
[0165]施加至電磁鐵線圈的電壓Vp、Vm中的傳感器載波成分vsp、傳感器載波成分vsm分別以逆相位施加， 因此如下式(7)所示。其中，ωο =為傳感器載波頻率。另外，t為時間，V為固定振幅值。
[0166]vsp = = -V X sin (ω c X t)
[0167]vsm = vX sin (ω cX t)…(7)[0168]如果轉(zhuǎn)子軸4與磁性軸承電磁鐵500之間的間隙(gap)大，則電磁鐵線圈的電感值變小，如果間隙小則電感值變大。因此，如果對向的電磁鐵線圈的一者的電感值變大，則另一者的電磁鐵線圈的電感值變小。即，可通過對向的電磁鐵線圈的電感變化而獲取間隙變化、即轉(zhuǎn)子軸4的移位信息。
[0169]關(guān)于對向的P側(cè)電磁鐵線圈及M側(cè)電磁鐵線圈的電感Lp、電感Lm，近似地成立下式(8)。此外，D為轉(zhuǎn)子軸4位于懸浮中心軸(懸浮目標(biāo)位置)的情況下的間隙，式(8)中的d表示自懸浮目標(biāo)位置的移位。A為常數(shù)。
[0170]I/Lp = AX (D-d)
[0171]1/Lm = AX (D+d)…(8)
[0172]此處，如果近似地忽略線圈電阻，則關(guān)于傳感器載波成分，施加至電磁鐵線圈的電壓與流過電磁鐵線圈的電流的關(guān)系可由下式(9)表示。
[0173]vsp = Lp Xd (isp)/dt
[0174]vsm = LmXd(ism)/dt...(9)
[0175]根據(jù)上述的式(J)、式⑶、式(9)，流過電磁鐵線圈的電流的傳感器載波成分isp、傳感器載波成分ism如下 式(10)所示。此外,B = VXA/ω0ο如此,傳感器載波成分isp、傳感器載波成分ism通過移位d的時間變化而進行振幅調(diào)制，因此若對其進行檢波則獲取移位信息。
[0176]isp = _vX sin (ω c X t_ π /2) / (ω c X Lp)
[0177]=-B (D_d) X sin (ω c X t_ π/2)
[0178]ism = vX sin (ω cX t_ π /2) / (ω cXLm)
[0179]= B (D+d) X sin (ω c X t_ π /2)...(10)
[0180]流過P側(cè)及M側(cè)的磁性軸承電磁鐵500的合計(total)的電流Ip、Im如下式(11)所示。
[0181]Ip = ib+ic-B (D-d) X sin (ω c X t_ π /2)
[0182]Im = ib-1c+B (D+d) X sin (ω c X t_ π /2)...(11)
[0183]如圖14所不，在激磁放大器36ρ、激磁放大器36m檢測出的電流信號Ip、電流信號Im,經(jīng)由低通濾波器403p、低通濾波器403m而分別通過所對應(yīng)的模數(shù)轉(zhuǎn)換器400p、模數(shù)轉(zhuǎn)換器400m來獲取。另外，通過低通濾波器403p、低通濾波器403m的電流信號Ip、電流信號Im利用加法部414進行相加，并自加法部414輸出和信號(Ip+Im)。其后，和信號(Ip+Im)經(jīng)由以傳感器載波頻率fc為中心頻率的帶通濾波器405而輸入至模數(shù)轉(zhuǎn)換器400，并通過模數(shù)轉(zhuǎn)換器400來獲取。
[0184]模數(shù)轉(zhuǎn)換器400基于利用傳感器載波生成電路411生成的傳感器載波信號(傳感器載波成分)而以同步取樣獲取數(shù)據(jù)。然后，與第I實施方式的情況同樣地，對于傳感器載波信號的頻率fc，以滿足fc = (n+1/2) fs的取樣頻率fs且在最大波峰位置及最小波峰位置(或最大波峰位置附近及最小波峰位置附近)進行取樣。
[0185]通過模數(shù)轉(zhuǎn)換器400而獲取的和信號(Ip+Im)輸入至解調(diào)運算部406。然后，在解調(diào)運算部406中，基于通過取樣而獲取的最大波峰位置的數(shù)據(jù)值dl與最小波峰位置的數(shù)據(jù)值d2，運算解調(diào)運算輸出d3 = (dl-d2)/2。在磁懸浮控制器407中，基于來自解調(diào)運算部406的移位信息，并通過比例控制、積分控制及微分控制、相位修正等而生成懸浮控制電流設(shè)定。然后，在P側(cè)的控制中，使用自偏壓電流設(shè)定量減去懸浮控制電流設(shè)定而得者，在M側(cè)的控制中，使用在偏壓電流設(shè)定量加上懸浮控制電流設(shè)定而得者。
[0186]另一方面，通過模數(shù)轉(zhuǎn)換器400p、模數(shù)轉(zhuǎn)換器400m而獲取的電流檢測信號Ip、電流檢測信號Im分別輸入至所對應(yīng)的信號處理運算部409P、信號處理運算部409m。信號處理運算部409P、信號處理運算部409m基于取樣數(shù)據(jù)而運算與有助于懸浮控制力的電流成分(偏壓電流ib、懸浮控制電流ic)相關(guān)的信息。例如，在模數(shù)轉(zhuǎn)換器400p、模數(shù)轉(zhuǎn)換器400m中以fs = fc進行獲取，對該獲取的信號數(shù)據(jù)在信號處理運算部409P、信號處理運算部409m中以頻率fs進行移動平均處理。
[0187]信號處理運算部409p的運算結(jié)果在通過放大器控制器410p之后，針對自偏壓電流設(shè)定量減去懸浮控制電流設(shè)定所得的結(jié)果進行減法處理。進而，針對該減法處理結(jié)果，減去來自傳感器載波生成電路411的傳感器載波成分(VXsin(CocXt))，基于該減法結(jié)果，在脈寬調(diào)制運算部412p中生成脈寬調(diào)制控制信號。閘極信號生成部401p基于利用脈寬調(diào)制運算部412p生成的脈寬調(diào)制控制信號而生成閘極驅(qū)動電壓(脈寬調(diào)制閘極信號)。
[0188]另外，信號處理運算部409m的運算結(jié)果在通過放大器控制器410m之后，針對使偏壓電流設(shè)定量加上懸浮控制電流設(shè)定所得的結(jié)果進行減法處理。進而，針對該減法處理結(jié)果，加上來自傳感器載波生成電路411的傳感器載波成分(vXsin(cocXt)),基于該相加結(jié)果，在脈寬調(diào)制運算部412m生成脈寬調(diào)制控制信號。閘極信號生成部401m基于利用脈寬調(diào)制運算部412m生成的脈寬調(diào)制控制信號而生成閘極驅(qū)動電壓。
[0189]此外，由于各軸的對向的磁性軸承電磁鐵500存在特性偏差、或直角方向軸(例如相對于Xl軸的Yi軸)間存在磁通的干擾，因此懸浮控制電流ic不會成為均相同。尤其，認(rèn)為隨著成為高頻率則不一致變大。考慮到該情況，單獨地將P側(cè)的懸浮控制電流示為icp、將M側(cè)的懸浮控制電流示為icm，則上述式(11)如下式(12)般表示。
[0190]Ip = ib+icp-B (D-d) X sin (ω c X t_ π /2)
[0191]Im = ib-1cm+B (D+d) X sin (ω c X t_ π /2)...(12)
[0192]通過電流/[目號Ip、電流/[目號Im的和運算而獲得的和/[目號(Ip+Im)可由下式(13)表示。此外，式(13)中的 Δ icpm 為 Aicpm= icp-1cm。
[0193]Ip+Im = 2X ib+ Δ icpm+2XBXdX sin (ω cX t_ π /2)...(13)
[0194]如上所述，和信號(Ip+Im)是經(jīng)由以傳感器載波頻率fc為中心頻率的帶通濾波器405來輸入。然而，考慮到因濾波器而產(chǎn)生的信號延遲的影響，帶通濾波器405的窄頻帶化也自然存在極限。因此，即便使和信號(Ip+Im)通過帶通濾波器405，由重疊的控制電流成分所引起的噪聲也會殘留在模數(shù)轉(zhuǎn)換器400的輸入信號中。
[0195]因此，模數(shù)轉(zhuǎn)換器400與第I實施方式中的模數(shù)轉(zhuǎn)換器34(34A、34B)同樣地構(gòu)成，且進行與圖8(a)、圖8(b)、及圖9(a)、圖9(b)、及圖10 (a)、圖10(b)所示的處理相同的取樣處理。而且，在解調(diào)運算部406中，基于通過取樣而獲取的最大波峰位置的數(shù)據(jù)值dl與最小波峰位置的數(shù)據(jù)值d2，而運算解調(diào)運算輸出d3 = (dl-d2)/2。
[0196]模數(shù)轉(zhuǎn)換器400的輸入信號為使式(13)所表示的信號(Ip+Im)通過帶通濾波器405所得的信號，理想的是除調(diào)制波信號以外均應(yīng)被截止(cut)，但如上所述，因與在懸浮控制中必不可少的防止信號延遲的折衷而導(dǎo)致無法充分過濾。因此，在圖8 (a)、圖8 (b)、及圖9(a)、圖9(b)、及圖10(a)、圖10(b)中的定性說明中，為方便起見而將式(13)的信號設(shè)為模數(shù)轉(zhuǎn)換器400的輸入信號。
[0197]在式(13)中，可認(rèn)為偏壓電流ib固定(直流)，在磁性軸承型渦輪分子泵的情況下，通常，懸浮控制電流ic為對移位信號進行比例-積分-微分(proportional-1ntegral-derivative,PID)運算所得的信號，因此Δ icpm的頻帶為自直流至與控制響應(yīng)相關(guān)的2kHz左右的寬頻帶。另外，轉(zhuǎn)子移位(轉(zhuǎn)子軸4的移位)也依賴于轉(zhuǎn)子尺寸，但在通常的磁性軸承型渦輪分子泵中，通常在直流~IkHZ左右成為與懸浮控制電流ic的頻帶相等或比其窄的頻帶。與這些相比，傳感器載波頻率fc高而為IOkHz左右。因此，相對于傳感器載波頻率fc，懸浮控制電流ic及移位d的頻率低而為該傳感器載波頻率fc的1/10左右，相對于傳感器載波信號的變化，懸浮控制電流ic及移位緩慢地變化。
[0198]另一方面，由模數(shù)轉(zhuǎn)換器400獲取時的取樣頻率f S，相對于懸浮控制電流ic或移位d而頻率充分高，因此在相鄰的取樣時序,移位d及Λ icpm的值的變化量小，另外，偏壓電流ib固定。因此，圖8(a)、圖8(b)的最大波峰位置的數(shù)據(jù)值dl及最小波峰位置的數(shù)據(jù)值d2可如下式(14)般表示。其結(jié)果，與第I實施方式的情況同樣地，當(dāng)自這些數(shù)據(jù)值dl、數(shù)據(jù)值d2計算解調(diào)運算輸出d3 = (dl-d2) /2時，成為d3 = d，因此通過使用解調(diào)運算輸出d3，也可將直流以外的交流成分包含在內(nèi)來消除懸浮控制電流成分。
[0199]
dl N ib + Δ icpm + d
[0200]
d2 h ib + △ icpm - d …(14)
[0201]圖15是表示針對自圖14的加法部414輸出的信號的一連串處理的各階段(下述各階段(a)~階段(g))中的信號波形的一例的圖。此外，階段(d)、階段(e)、階段(g)的各信號波形為圖14的標(biāo)注有符號(d)、符號(e)、符號(g)的部分的信號波形。此處，針對在對轉(zhuǎn)子軸4沿某軸向以500Hz振動的情況下的移位進行解調(diào)時，在電流信號階段混入有隨機噪聲(random noise)的情況,表示各階段(a)~階段(g)中的信號波形。
[0202]階段(a)的信號表示轉(zhuǎn)子軸4以500Hz強制振動時的移位。階段(b)的信號表示以階段(a)的移位來對傳感器載波信號(IOkHz)進行調(diào)制所得的調(diào)制波信號。階段(C)的信號表示混合于階段(b)的信號中的隨機噪聲成分。該隨機噪聲成分包含懸浮控制電流。
[0203]階段(d)的信號表示圖14的符號(d)的信號，且是階段(b)的信號加上階段(C)的信號所得的信號。階段(e)的信號表示圖14的符號(e)的信號，且是使階段(d)的信號通過帶通濾波器405而獲得的信號。帶通濾波器405是中心頻率為fc、且Q值=5的二次濾波器。
[0204]階段(f)的信號表示以與本實施方式不同的條件進行模數(shù)轉(zhuǎn)換器的獲取及解調(diào)運算的情況下的解調(diào)運算輸出。此處表示以fs = fc = IOkHz獲取最小波峰值，以fs = fc且以最小波峰時序進行解調(diào)運算輸出(圖8(b)中應(yīng)用的取樣條件)所得的數(shù)據(jù)值。
[0205]階段(g)的信號表示圖14的符號(g)的信號，且是對階段(e)的信號應(yīng)用本實施方式的模數(shù)轉(zhuǎn)換器400的獲取、及解調(diào)運算部406的運算處理的情況下的信號。此處表示以fs = 2fc = 20kHz獲取波峰值，以fs = fc且以最小波峰時序進行解調(diào)運算輸出(圖8 (a)中應(yīng)用的取樣條件及輸出條件)所得的數(shù)據(jù)值。
[0206]在階段(f)、階段(g)的任一者的情況下，均獲得作為被調(diào)制波的500Hz的正弦波輸出作為解調(diào)輸出，但階段(f)的信號中，受隨機噪聲的影響而波形畸變(wave formaberration)多。與此相對,應(yīng)用本發(fā)明的階段(g)的信號獲得接近500Hz的正弦波的波形。
[0207]在圖14所示的例中，設(shè)為至針對激磁放大器36p、激磁放大器36m的脈寬調(diào)制控制信號生成為止進行數(shù)字處理的構(gòu)成，但也可如圖16所示般，設(shè)為自數(shù)模轉(zhuǎn)換器413p、數(shù)模轉(zhuǎn)換器413m輸出包含重疊有傳感器載波的偏壓電流的控制電流的構(gòu)成。
[0208]在圖14的構(gòu)成中，至脈寬調(diào)制控制信號生成為止進行數(shù)字處理，因此成為閘極信號的脈寬調(diào)制信號輸出為H/L的二值信號。因此，并不限定于現(xiàn)有的數(shù)模轉(zhuǎn)換器輸出，進行數(shù)字輸出的情況多。此外，在圖14的說明中，設(shè)為以fs = fc獲取電流信號Ip、電流信號Im，并以頻率fs對獲取信號數(shù)據(jù)進行移動平均處理的構(gòu)成，但關(guān)于電流信號Ip、電流信號Im的獲取方法并不限定于此。
[0209]在上述的第2實施方式中，設(shè)為由模數(shù)轉(zhuǎn)換器400獲取和信號(Ip+Im)的構(gòu)成，但并不限定于此，例如，本發(fā)明同樣地也可應(yīng)用于將式(7)所示的VSp、VSm的符號變更為相同符號(兩者均為+V)而獲取差信號(Ip-1m)的構(gòu)成。
[0210]如以上所說明般，上述的第I實施方式的磁性軸承裝置是由電磁鐵500非接觸支撐作為被支撐體的轉(zhuǎn)子軸4者，且包括:正弦波離散值生成部313，通過數(shù)字運算處理而生成正弦波離散值；數(shù)模轉(zhuǎn)換器31，對正弦波離散值進行數(shù)模轉(zhuǎn)換而生成載波信號；傳感器71?傳感器73，根據(jù)轉(zhuǎn)子軸4的支撐位置來對載波信號進行調(diào)制并輸出調(diào)制波信號；模數(shù)轉(zhuǎn)換部34a、模數(shù)轉(zhuǎn)換部34b，在將載波信號的頻率設(shè)為fc，且將取樣頻率設(shè)為fs時，以滿足fc= (n+1/2) *fs(其中，η為O以上的整數(shù))的取樣頻率fs，且以與正弦波離散值同步的規(guī)定時序，將調(diào)制波信號模數(shù)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號；解調(diào)運算部310，基于模數(shù)轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號而進行解調(diào)運算；及控制部44，基于解調(diào)運算部310的解調(diào)運算結(jié)果來控制電磁鐵500的電流，而控制轉(zhuǎn)子軸4的支撐位置。
[0211]而且，規(guī)定時序設(shè)定為取樣時序成為載波信號的最大波峰位置附近的時序及成為最小波峰位置附近的時序，解調(diào)運算部310輸出基于在最大波峰位置附近取樣的數(shù)據(jù)值dl、及在最小波峰位置附近取樣的數(shù)據(jù)值d2并通過d3 = (dl-d2)/2而計算出的值d3作為
解調(diào)運算結(jié)果。
[0212]其結(jié)果，可減少解調(diào)運算結(jié)果d3中所包含的噪聲(因電磁鐵電流而引起的噪聲)，從而可實現(xiàn)磁性軸承控制中的移位信息(移位信號)的S/N比提升。另外，可防止反饋至懸浮控制的移位信息中混入電磁鐵電流控制的振動成分，從而可防止作為被支撐體的轉(zhuǎn)子軸4因噪聲成分而強制振動。
[0213]另外，在無傳感器式的磁性軸承裝置中，也以滿足fc = (n+1/2) *fs(其中，η為O以上的整數(shù))的取樣頻率fs，且以與利用傳感器載波生成電路411生成的傳感器載波信號(載波信號)同步的規(guī)定時序，將調(diào)制波信號模數(shù)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，并且將規(guī)定時序設(shè)為取樣時序成為載波信號的最大波峰位置附近的時序、及成為最小波峰位置附近的時序，進而，將基于在最大波峰位置附近取樣的數(shù)據(jù)值dl、及在最小波峰位置附近取樣的數(shù)據(jù)值d2，并作為d3 = (dl-d2)/2來計算出的值d3設(shè)為解調(diào)運算結(jié)果，由此可實現(xiàn)磁性軸承控制中的移位信號的S/N比提升。
[0214]進而，如圖11所示，也可將最大波峰位置附近設(shè)定為以最大波峰位置為中心的載波周期(Ι/fc)的1/4周期的相位范圍，將最小波峰位置附近設(shè)定為以最小波峰位置為中心的載波周期(Ι/fc)的1/4周期的相位范圍。通過以所述方式進行設(shè)定，而針對輸入至同一模數(shù)轉(zhuǎn)換器的雙軸的輸入信號，可實現(xiàn)S/N比提升。
[0215]作為輸出值d3的時序，既可在每次取樣數(shù)據(jù)值dl、數(shù)據(jù)值d2時輸出，也可在每次取樣數(shù)據(jù)值dl、數(shù)據(jù)值d2中的任一者時輸出。
[0216]此外，以上的說明僅為一例，只要在不損害本發(fā)明的特征的范圍內(nèi)，本發(fā)明不受上述實施方式任何限定。例如，在上述的實施方式中以具有渦輪泵級與牽引泵(drag pump)級的渦輪分子泵為例進行了說明，但只要是利用磁性軸承裝置支撐旋轉(zhuǎn)體的構(gòu)成的真空泵，則可同樣地應(yīng)用。
[0217]以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實施例而已，并非對本發(fā)明作任何形式上的限制，雖然本發(fā)明已以較佳實施例揭露如上，然而并非用以限定本發(fā)明，任何熟悉本專業(yè)的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明技術(shù)方案范圍內(nèi)，當(dāng)可利用上述揭示的技術(shù)內(nèi)容作出些許更動或修飾為等同變化的等效實施例，但凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案的內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實質(zhì)對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化與修飾，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案的范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種磁性軸承裝置，由電磁鐵非接觸支撐被支撐體，其特征在于包括: 正弦波離散值生成部，通過數(shù)字運算處理而生成正弦波離散值； 載波生成部，基于所述正弦波離散值而生成載波信號； 移位檢測部，根據(jù)所述被支撐體的支撐位置來對所述載波信號進行調(diào)制并輸出調(diào)制波信號; 模數(shù)轉(zhuǎn)換部，在將所述載波信號的頻率設(shè)為fc時，以滿足fc = (n+1/2).fs的取樣頻率fs，其中η為O以上的整數(shù)，且以與所述正弦波離散值同步的規(guī)定時序，將所述調(diào)制波信號模數(shù)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號；及 解調(diào)運算部，基于模數(shù)轉(zhuǎn)換后的所述數(shù)字信號而進行解調(diào)運算；及控制部，基于所述解調(diào)運算部的解調(diào)運算結(jié)果而控制所述電磁鐵的電流，從而控制所述被支撐體的支撐位置；且 所述規(guī)定時序是取樣時序成為所述載波信號的最大波峰位置附近時序及成為最小波峰位置附近的時序， 所述解調(diào)運算部在將于所述最大波峰位置附近取樣的所述數(shù)字信號的數(shù)據(jù)值設(shè)為dl，且將在所述最小波峰位置附近取樣的所述數(shù)字信號的數(shù)據(jù)值設(shè)為d2時，輸出通過d3 =(dl-d2)/2而計算出的值d3作為所述解調(diào)運算結(jié)果。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁性軸承裝置，其特征在于: 所述最大波峰位置附近設(shè)定為以所述最大波峰位置為中心的載波周期(Ι/fc)的1/4周期的相位范圍，且 所述最小波峰位置附近設(shè)定為以所述最小波峰位置為中心的載波周期(Ι/fc)的1/4周期的相位范圍。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的磁性軸承裝置，其特征在于: 所述解調(diào)運算部在每次取樣所述數(shù)據(jù)值dl、所述數(shù)據(jù)值d2時，輸出基于利用該取樣而獲得的數(shù)據(jù)值、與利用其之前的取樣而獲得的數(shù)據(jù)值的所述值d3。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的磁性軸承裝置，其特征在于: 所述解調(diào)運算部在 每次取樣所述數(shù)據(jù)值dl、所述數(shù)據(jù)值d2中的任一者時，輸出基于利用該取樣而獲得的數(shù)據(jù)值、與利用其之前的取樣而獲得的數(shù)據(jù)值的所述值d3。
5.一種磁性軸承裝置，其特征在于包括: 一對電磁鐵，設(shè)置在多個控制軸的各者，且相對于旋轉(zhuǎn)軸而對向配置； 載波生成部，生成用以偵測所述旋轉(zhuǎn)軸的懸浮位置變化的載波信號； 多個激磁放大器，基于重疊有載波信號的電磁鐵控制信號來控制施加至所述各電磁鐵的電壓，而將電磁鐵電流供給至所述電磁鐵的各者； 多個電流傳感器，檢測所述電磁鐵電流； 調(diào)制波信號生成部，基于與所述對向配置的一對電磁鐵相對應(yīng)地設(shè)置的一對所述電流傳感器的檢測信號，而生成包含懸浮位置變化信息的調(diào)制波信號； 模數(shù)轉(zhuǎn)換部，在將所述載波信號的頻率設(shè)為fc時，以滿足fc = (n+1/2) -fs的取樣頻率fs，其中η為O以上的整數(shù)，且以與所述載波信號同步的規(guī)定時序，將所述調(diào)制波信號模數(shù)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號； 解調(diào)運算部，基于模數(shù)轉(zhuǎn)換后的所述數(shù)字信號來進行解調(diào)運算；及控制部，基于所述解調(diào)運算部的解調(diào)運算結(jié)果而生成所述電磁鐵控制信號，從而控制所述旋轉(zhuǎn)軸的懸浮位置；且 所述規(guī)定時序為取樣時序成為所述載波信號的最大波峰位置附近的時序及成為最小波峰位置附近的時序， 所述解調(diào)運算部在將于最大波峰位置附近取樣的所述數(shù)字信號的數(shù)據(jù)值設(shè)為dl，且將在最小波峰位置附近取樣的所述數(shù)字信號的數(shù)據(jù)值設(shè)為d2時，輸出通過d3 = (dl-d2)/2而計算出的值d3作為所述解調(diào)運算結(jié)果。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的磁性軸承裝置，其特征在于: 所述最大波峰位置附近設(shè)定為以所述最大波峰位置為中心的載波周期(Ι/fc)的1/4周期的相位范圍，且 所述最小波峰位置附近設(shè)定為以所述最小波峰位置為中心的載波周期(Ι/fc)的1/4周期的相位范圍。
7.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的磁性軸承裝置，其特征在于: 所述解調(diào)運算部在每次取樣所述數(shù)據(jù)值dl、所述數(shù)據(jù)值d2時，輸出基于利用該取樣而獲得的數(shù)據(jù)值、與利用其之前的取樣而獲得的數(shù)據(jù)值的所述值d3。
8.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的磁性軸承裝置，其特征在于: 所述解調(diào)運算部在每次取樣所述數(shù)據(jù)值dl、所述數(shù)據(jù)值d2中的任一者時，輸出基于利用該取樣而獲得的數(shù)據(jù)值、與利用其之前的取樣而獲得的數(shù)據(jù)值的所述值d3。
9.一種真空泵，其特征在于包括: 泵轉(zhuǎn)子，形成有排氣功能部； 電動機，旋轉(zhuǎn)驅(qū)動所述泵轉(zhuǎn)子 '及 根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項所述的磁性軸承裝置，磁懸浮支撐所述泵轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)軸。
【文檔編號】F04D29/058GK103967829SQ201310680519
【公開日】2014年8月6日 申請日期:2013年12月12日 優(yōu)先權(quán)日:2013年2月6日
【發(fā)明者】小崎純一郎 申請人:株式會社島津制作所